京沈客運(yùn)專線跨五環(huán)路方案研究

徐健強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300142)

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京沈客運(yùn)專線跨五環(huán)路方案研究

徐健強(qiáng)

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300142)

對(duì)京沈客運(yùn)專線跨北京五環(huán)路主路橋跨方案進(jìn)行研究，提出既有框構(gòu)接長和梁式橋兩種結(jié)構(gòu)形式、4個(gè)方案。通過各方案優(yōu)缺點(diǎn)分析對(duì)比，建議采用簡支拱方案，并結(jié)合橋址邊界條件提出了平面轉(zhuǎn)體的施工方案。

京沈客專五環(huán)路框構(gòu)橋接長簡支拱平面轉(zhuǎn)體 方案

1　工程概述

北京至沈陽客運(yùn)專線(以下簡稱京沈客專)地處華北地區(qū)的北京市、河北省和東北地區(qū)遼寧省。北京市范圍內(nèi)線路長度98.372km，線路自北京星火站始，并行既有東北環(huán)鐵路，于五環(huán)路環(huán)鐵橋處跨越五環(huán)路。五環(huán)路道路等級(jí)為高速公路，設(shè)計(jì)速度100km/h，道路橫斷面寬35.5m。京沈客專上跨五環(huán)路處位于五環(huán)路U形槽段落與既有東北環(huán)鐵路框架橋相接處，與多條管線及規(guī)劃道路相交，依次為規(guī)劃酒仙橋北路、規(guī)劃五環(huán)路西側(cè)輔路、規(guī)劃自來水上水管線、五環(huán)路主路(U形槽段)、南水北調(diào)東干渠、規(guī)劃五環(huán)路東側(cè)輔路(如圖1)。

圖1　京沈客?？缥瀛h(huán)路節(jié)點(diǎn)示意

2　京沈客專上跨五環(huán)路結(jié)構(gòu)方案研究比選

京設(shè)客專上跨五環(huán)路附近既有鐵路、公路、管線等控制因素多，橋梁景觀要求高，考慮既有道路保通要求，施工方案的可行性成為控制因素。

2.1既有結(jié)構(gòu)接長方案

京沈客專上跨五環(huán)路段落與既有東北環(huán)鐵路最小線間距11.2m。既有鐵路采用2-17.5m框構(gòu)(斜交45°)跨越五環(huán)路，預(yù)留增二線條件。京沈客專可部分利用既有結(jié)構(gòu)，優(yōu)先考慮采用既有結(jié)構(gòu)接長方案。

(1)框構(gòu)接長方案

方案一：框構(gòu)接長施工需對(duì)五環(huán)路進(jìn)行交通組織導(dǎo)改。結(jié)合地方道路規(guī)劃，利用五環(huán)雙側(cè)規(guī)劃輔路臨時(shí)導(dǎo)改、主路斷交施工的組織方案，雙向六車道同時(shí)導(dǎo)改至輔道通行，五環(huán)路全封閉施工，施工周期約4個(gè)月。該方案對(duì)五環(huán)路通行影響較小，永臨結(jié)合，可最大程度的節(jié)省工程投資。經(jīng)與地方落實(shí)，規(guī)劃五環(huán)輔路無法滿足與京沈客專同期實(shí)施的時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求。

方案二：結(jié)合五環(huán)路兩側(cè)構(gòu)筑物及控制因素，擬在五環(huán)路南側(cè)修建臨時(shí)保通道路(三車道)，采取五環(huán)路分階段半幅斷交導(dǎo)改，接長既有五環(huán)路框構(gòu)。此方案額外拆遷多、工程投資高，需多次調(diào)整交通組織，對(duì)五環(huán)路交通通行影響較大(如圖2)。

圖3　既有框構(gòu)及剛架結(jié)構(gòu)內(nèi)力(彎矩)及結(jié)構(gòu)變形

圖2　臨時(shí)導(dǎo)改框構(gòu)接長步驟

(2)剛架接長方案

根據(jù)五環(huán)既有路寬，擬采用2～30m鋼筋混凝土剛架跨越方案。在五環(huán)路中間隔離帶設(shè)置中墻，與既有框構(gòu)中墻對(duì)齊。在U形槽結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別設(shè)置一組2排1.25m支柱樁，道路中間隔離帶設(shè)置一排1.50m鉆孔樁+混凝土中墩(墻)，樁-板間采用剛性連接。中墩(墻)施工及既有框構(gòu)懸臂板鑿除可選擇夜間施工。剛架采用旁位現(xiàn)澆、頂推就位的施工方案，施工周期3～4個(gè)月(如圖3，圖4所示)。

采用MIDAS軟件對(duì)既有框構(gòu)和剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計(jì)算，結(jié)構(gòu)試算結(jié)果對(duì)比如表1。

表1　結(jié)構(gòu)試算結(jié)果對(duì)比

剛架方案在景觀效果、施工期間對(duì)五環(huán)路的干擾、工程投資等方面較框構(gòu)接長方案有較大的優(yōu)勢(shì)，但存在以下問題：

①剛架本身內(nèi)力較大，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)難以滿足設(shè)計(jì)要求。

②較剛架頂既有框構(gòu)低0.5m，需添加道砟或采用其它措施加高，引起跨中彎矩增加約140kN·m，超出既有結(jié)構(gòu)承受荷載能力。

圖4　小跨徑剛架方案示意(單位：m)

③京沈右線斜穿新舊結(jié)構(gòu)接縫，因老結(jié)構(gòu)剛度存在一定差異，導(dǎo)致軌道變形不協(xié)調(diào)(活載作用下老結(jié)構(gòu)變形2mm，新結(jié)構(gòu)變形4mm)。

④中墻的鉆孔樁基礎(chǔ)需穿透U形槽底板，破壞了五環(huán)路的防水結(jié)構(gòu)。

框構(gòu)接長方案工序多，對(duì)道路交通干擾大，工程投資高；剛架接長方案對(duì)五環(huán)路U形槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，恢復(fù)難度大。

2.2梁式橋方案

京沈客專跨過五環(huán)路600m后需下鉆進(jìn)入望京隧道，線路位于平、豎曲線上。采用大跨梁橋結(jié)構(gòu)跨越五環(huán)路，橋梁基礎(chǔ)需避讓既有U形槽、框構(gòu)及南水北調(diào)管線，主跨需120m左右。受縱斷面限制，設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究了簡支鋼桁梁方案、簡支拱下承式低高度結(jié)構(gòu)方案。

(1)鋼桁梁方案

下承式簡支鋼桁梁跨度120m，支點(diǎn)至梁端0.75m，橫向支點(diǎn)距13.2m，梁體橫向外輪廓17.2m，梁部結(jié)構(gòu)高度2.5m，桁架高度12.5m，采用旁位拼裝、頂推就位的施工方案(如圖5)。

鋼桁梁方案滿足一跨跨越五環(huán)路的要求，施工方法相對(duì)成熟。鋼桁梁主跨120m，需設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器。但橋梁位于線路平、豎曲線上，設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器極為困難。

圖5　鋼桁梁方案

(2)簡支拱方案

1-113m簡支拱方案采用洛澤體系的提籃式鋼管混凝土系桿拱橋，橋梁全長116m，計(jì)算跨徑113m，矢跨比為f/l=1∶5，拱肋平面內(nèi)矢高22.6m，采用二次拋物線形，拱肋在橫橋向向內(nèi)傾8°，形成提籃式樣。拱頂處兩拱肋中心距7.218m，拱腳處兩拱肋中心距13.172m(如圖6)。

主梁施工采用旁位預(yù)制、轉(zhuǎn)體就位、高位落梁的施工方案，盡量降低對(duì)道路交通的干擾。

圖6　簡支拱方案

2.3方案研究比選

方案比選如表2。

表2　橋跨結(jié)構(gòu)方案對(duì)比

五環(huán)路節(jié)點(diǎn)規(guī)劃沒有與京沈客專同期實(shí)施可能，臨時(shí)導(dǎo)改方案代價(jià)太高，剛架方案對(duì)五環(huán)路U形槽結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，鋼桁梁方案線路平縱面條件不滿足設(shè)置溫度調(diào)節(jié)器要求。經(jīng)分析比較，推薦采用1-113m雙線簡支拱方案。

3　施工方案設(shè)計(jì)

3.1方案簡介

為不影響五環(huán)路正常通行，上部結(jié)構(gòu)采用異位支架成橋、整體平轉(zhuǎn)至設(shè)計(jì)橋位、高位落梁的施工方案。平轉(zhuǎn)系統(tǒng)由大噸位球形鉸支座、臨時(shí)墩和圓弧形跨路滑道梁組成。拱橋形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系后，沿圓弧形滑道梁頂推約68m，以球形鉸支座為中心平轉(zhuǎn)約35°后跨越五環(huán)路上空到達(dá)設(shè)計(jì)橋位，在梁體梁端交替進(jìn)行頂、落梁作業(yè)，使系桿拱橋落座于永久橋臺(tái)的支座頂(如圖7所示)。

平轉(zhuǎn)系統(tǒng)由沈方臺(tái)平轉(zhuǎn)系統(tǒng)、京方臺(tái)和頂推滑移系統(tǒng)3部分組成?；懒喝L89m，按折線布置，在五環(huán)路U形槽兩側(cè)及道路中央分隔帶設(shè)置臨時(shí)支墩。經(jīng)檢算，U形槽底板及地基承載力基本滿足設(shè)計(jì)要求(如圖8)。

圖7　簡支拱轉(zhuǎn)體系統(tǒng)平面布置

圖8　滑道梁立面布置

3.2施工防護(hù)設(shè)計(jì)

橋址距離既有鐵路、五環(huán)路U形槽及南水北調(diào)管線過近，施工過程中需采取切實(shí)可靠的防護(hù)措施。橋臺(tái)基礎(chǔ)施工時(shí)，采用鉆孔樁防護(hù)既有線，確保線路運(yùn)營安全。梁體預(yù)制及鋼管吊裝前，在預(yù)制場(chǎng)地和五環(huán)路之間搭設(shè)防護(hù)墻，防止梁體傾覆影響五環(huán)路道路交通安全。南水北調(diào)東干渠工程承擔(dān)著北京市城市供水任務(wù)，需重點(diǎn)加強(qiáng)防護(hù)。根據(jù)安全評(píng)估的意見，施工考慮采用地下連續(xù)墻、土體注漿加固等措施防止土體變形引起管道損壞，確保管道運(yùn)營安全。

4　結(jié)束語

京沈客運(yùn)專線跨五環(huán)路受外部條件影響大，在保證線路技術(shù)條件的前提下，為盡可能滿足城市區(qū)域規(guī)劃、道路立交要求，對(duì)跨線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多方案比選，做到既與當(dāng)?shù)爻鞘幸?guī)劃有機(jī)結(jié)合，又降低對(duì)周邊環(huán)境的影響。對(duì)于邊界條件復(fù)雜的立交工點(diǎn)，需綜合考慮各方訴求，結(jié)合施工方案合理性及施工過程中的影響，合理確定橋式結(jié)構(gòu)及施工方案。

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Research on the Structure of Beijing-Shenyang Passenger Dedicated Line Cross Fifth Ring-Road

XU Jianqiang

2016-03-30

徐健強(qiáng)(1986—)，男，2007年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)橋梁工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2016)04-0087-04

U442.5+4

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